本文內容來源於《測繪學報》2022年第12期（審圖號GS京（2022）1419號）
基於結構信息的異源遙感圖像局部特徵描述符研究
付志濤
昆明理工大學國土資源工程學院, 雲南 昆明 650093
基金項目：國家自然科學基金(41961053)；雲南省應用基礎研究計劃(202101AT070102)
作者簡介：付志濤(1982—)，男，2018年12月畢業於武漢大學，獲工學博士學位(指導教師：秦前清教授，羅斌教授)，研究方向為異源遙感圖像匹配及融合。E-mail：zhitaofu@kust.edu.cn
引文格式：付志濤. 基於結構信息的異源遙感圖像局部特徵描述符研究[J]. 測繪學報，2022，51(12)：2557-2557. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20210021
FU Zhitao. Research on local feature descriptors of multi-source remote sensing images based on structure information[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(12): 2557-2557. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20210021
閱讀全文：http://xb.chinasmp.com/article/2022/1001-1595/20221217.htm
異源遙感圖像處理中不同傳感器由於成像機理和工作原理不同，異源圖像之間往往存在較大輻射差異和幾何形變，使得異源圖像的局部不變特徵描述成為一項具有挑戰性工作。針對異源遙感圖像局部特徵描述符可區分性不足、旋轉變化的穩健性不強及計算效率較低等問題，論文展開了一系列深入研究，主要研究工作如下：(1) HOMPC(histograms of oriented magnitudes and phase congruency)：可區分的異源遙感圖像局部特徵描述符。目前的局部特徵描述符對非線性輻射差異的圖像穩健性不足而導致描述符的可區分度不高。針對這一難點，提出一種基於幅值和相位一致性的局部特徵描述符—HOMPC。該描述符根據log-Gabor濾波器的響應幅度，利用相位一致性方向圖和幅值方向二值圖來分別捕獲具有非線性輻射變化的異源遙感圖像之間的幾何結構和紋理結構信息。採用HOG(histogram of oriented gradients)描述符分塊構建局部特徵區域的相位一致性方向直方圖(HPC)和幅值方向直方圖(HOM)。整合歸一化的HOM和HPC，得到HOMPC描述符。通過選擇多組異源遙感圖像數據集作為測試數據，將HOMPC與幾種最優秀的描述符進行匹配性能比較。結果表明，HOMPC描述符能夠較好地抵抗圖像間的非線性輻射差異，具有較高區分能力。(2) RIMPC(rotation invariant histograms of oriented magnitudes and phase congruency)：旋轉不變性的異源遙感圖像局部特徵描述符。目前的局部特徵描述符大多具有旋轉不變性，但對具有非線性輻射差異異源圖像的穩健性較差，HOMPC描述符僅能容忍小角度旋轉變化(10°以內)。針對這一難點，提出一種具有旋轉不變性的局部特徵描述符—RIMPC。該描述符利用log-Gabor奇對稱濾波的平均響應值構建每個興趣點的主方向，並根據主方向計算興趣點區域對應每個子區域的旋轉不變性中心點坐標及旋轉不變性幅值方向直方圖和相位一致性直方圖，歸一化得到RIMPC描述符。選擇多組異源遙感圖像數據集，將RIMPC與幾種最優秀的描述符進行匹配性能比較。結果表明，RIMPC對具有非線性輻射差異的旋轉變化圖像具有較強的穩健性，且優於其他描述符。(3) HoDM(histograms of directional response maps)：快速的異源遙感圖像局部特徵描述符。目前的局部描述符，如SURF(speeded-up robust features)以及局部二進位描述符，基本可以滿足實時性匹配需求，但對具有非線性輻射差異的異源圖像的穩健性不足，HOMPC和RIMPC描述符無法滿足匹配任務的實時性需求。針對這一難點，提出一種組合結構和紋理信息的局部特徵描述符—HoDM。該描述符使用Sobel多方向濾波構建方向響應值圖和方向響應二值圖分別捕捉異源圖像之間的共同結構和紋理特徵。使用高斯濾波器和均值濾波器分別對多方向響應值圖和響應二值圖進行卷積直接得到每個像素點的直方圖。結合分塊思想，得到HoDM描述符。通過多組異源遙感圖像數據集進行匹配性能測試，HoDM具有較強的穩健性和快速性，且優於其他描述符。
RSSI在室內定位中的測量特性及應用研究
薛衛星深圳大學土木與交通工程學院, 廣東 深圳 518060基金項目：國家重點研發計劃(2016YFB0502203)；中國博士後科學基金(2019M663069)；廣東省基礎與應用基礎研究基金(2019A1515111212)作者簡介：薛衛星(1990—)，男，2019年6月畢業於武漢大學，獲工學博士學位(指導教師：花向紅教授，李清泉教授，余科根教授)，研究方向為基於泛在無線信號的室內智能定位。E-mail：1304402787@qq.com
引文格式：薛衛星. RSSI在室內定位中的測量特性及應用研究[J]. 測繪學報，2022，51(12)：2558-2558. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20210114
XUE Weixing. Research on measurement properties and application of RSSI for indoor localization[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(12): 2558-2558. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20210114
閱讀全文：http://xb.chinasmp.com/article/2022/1001-1595/20221218.htm
論文對RSSI在室內定位中的測量特性進行了持續性的研究。首先將單個AP的RSSI當作一把測量「尺子」，對其測量特性進行研究，發現RSSI尺子的不均勻空間解析度；將RSSI信號圖(Radio Map)和DEM進行類比分析，借鑑數字高程模型中的地貌特徵點和地性線，引入RSSI信號特徵點和信號特徵線的概念，並運用到RSSI信號圖的重構算法中。然後，根據RSSI的測量特性提出相應的室內定位算法，包括一種基於RSSI空間解析度的濾波算法，一種基於虛擬AP坐標位置的指紋點聚類算法，一種基於RSSI不均勻空間解析度的物理距離加權定位算法以及一種基於室內地圖和運動地標輔助的Wi-Fi RSSI方向優化算法。最後，對以上算法進行優化組合，給出一套以室內地圖和運動地標輔助的Wi-Fi RSSI室內融合定位方案，主要內容如下：(1) 提出了一種基於RSSI空間解析度的濾波算法。根據RSSI測量尺子的空間分布率特性，採用較大RSSI觀測值來提高RSSI數據的空間解析度，從而提高定位結果的精度。同時算法也借鑑了GNSS數據處理中應對多路徑效應採取的措施：最大限度地捨棄因受到環境干擾而導致質量不佳的虛弱的RSSI數據。(2) 提出了一種基於虛擬AP坐標位置的指紋點聚類算法。借鑑光經過反射、折射和衍射形成虛擬光源的現象，同樣Wi-Fi信號經過反射、折射和衍射後，也會形成虛擬Wi-Fi源。再結合RSSI信號圖中RSSI信號特徵和信號特徵線的概念，按照局部小區域的Wi-Fi信號傳播機理，以虛擬Wi-Fi源的坐標位置為依據構建信號圖，從而完成對離線指紋點的聚類和分割。(3) 提出了一種基於RSSI不均勻空間解析度的物理距離加權定位算法。根據Wi-Fi RSSI測量尺子的不均勻的空間解析度特性，直接使用RSSI的歐氏距離、馬氏距離以及其他基於RSSI信號空間的距離加權，會造成非線性的定位誤差。算法借鑑水準測量精度定權指標，測距誤差與實際物理距離的倒數大致呈線性比例關係，將RSSI信號距離轉化成實際物理距離後再進行定權計算。(4) 提出了一種基於室內地圖和運動地標輔助的Wi-Fi RSSI方向優化算法。借鑑室外地圖在室外定位導航中的廣泛使用，可知地圖是定位導航服務的必要前提條件。同時，根據智慧型手機自帶的慣性傳感器數據信息，可以獲取用戶發生轉向行為的運動地標。因此，對於以室內走廊為代表的具有線性約束的室內區域，根據用戶行走方向數據和室內地圖，對其運動軌跡進行方向約束和修正。(5) 對基於RSSI空間解析度的濾波算法、虛擬AP位置、幾何距離加權和行人轉向探測等算法進行優化組合，給出一套以室內地圖和運動地標輔助的Wi-Fi RSSI室內融合定位方案。首先，採用基於RSSI空間解析度的觀測值濾波算法對所有的RSSI觀測值進行數據預處理。然後，進行室內區域的識別和分割，分為室內走廊和室內房間兩大類，分別採用以下兩種定位策略：①針對室內走廊等具有線性約束的室內區域，採用基於轉角探測的定向優化算法和基於RSSI幾何距離加權的定位算法相結合的方法；②針對室內房間等無線性約束的室內區域，採用基於AP虛擬坐標的指紋點聚類算法和基於RSSI幾何距離加權的定位算法相結合的方法。
種間競爭條件下互花米草光譜特徵分析及葉綠素含量反演研究
劉浦東山東建築大學測繪地理信息學院, 山東 濟南 250101基金項目：山東省自然科學基金(ZR2020QD017)作者簡介：劉浦東(1989—)，男，2018年6月畢業於華東師範大學，獲理學博士學位(指導教師：高煒教授，施潤和副教授)，研究方向為生態遙感。E-mail：liupudong19@sdjzu.edu.cn; liupudong@163.com
引文格式：劉浦東. 種間競爭條件下互花米草光譜特徵分析及葉綠素含量反演研究[J]. 測繪學報，2022，51(12)：2559-2559. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.200210142
LIU Pudong. Investigation of the spectral characteristics and the inversion of Spartina alterniflora chlorophyll content under interspecies competition[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(12): 2559-2559. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.200210142
閱讀全文：http://xb.chinasmp.com/article/2022/1001-1595/20221219.htm
濕地是陸地生態系統的重要組成部分，在碳氮等物質循環和能量傳輸中扮演重要角色。由於外來物種入侵等原因，濕地的生物多樣性面臨嚴峻挑戰，其生態安全問題成為關注的焦點。基於濕地植被光譜特徵的遙感技術，已成為大範圍、高效率、低成本濕地監測的重要手段，在保障濕地生態安全方面發揮了積極的作用。但是，當前的濕地遙感仍存在一些不足。一方面，相關研究多集中於純像元中的物種識別與定性分類，對於多物種混合生長區的研究相對薄弱，如多物種混生像元的識別及其混合光譜特徵分析等。另一方面，對於影響植物重要生理生態過程的葉綠素等生化成分定量反演相關研究，在濕地生態系統鮮有開展，尤其在多物種混合生長區域，其光譜特徵的形成機制及其對生化成分定量反演的影響尚無研究。混合生長區作為種間競爭最激烈的區域，是濕地生態學研究的重要區域之一，但在遙感和光譜學領域尚缺乏足夠的基礎研究。
針對上述問題，論文以位於上海崇明島周邊的長江口鹽沼濕地生態系統為研究區，以外來入侵物種互花米草(Spartina Alterniflora)為研究對象，通過野外控制試驗和輻射傳輸模型模擬，研究其與本地物種蘆葦(Phragmite Australis)在混合生長與競爭過程中反映出的葉、冠光譜特徵，並將該光譜特徵與其葉綠素含量聯繫起來，研究其在不同競爭程度下的光譜響應及其對葉綠素反演的影響，為拓展遙感與光譜技術在濕地植被混合生長帶的種間競爭研究及其生化參數定量反演提供理論依據和研究範例。主要研究內容與結果如下：
(1) 在崇明東灘濕地設計和開展了為期兩年的互花米草、蘆葦野外控制試驗，創新地將兩物種不同混合比例作為控制變量之一，獲取了二者在不同競爭比例下的葉、冠光譜和葉綠素等生化成分含量數據，為研究種間競爭對互花米草光譜的影響機制提供了第一手基礎數據。
(2) 基於野外控制實驗測得的互花米草葉片光譜和葉綠素含量數據，從79種已發表的葉綠素相關光譜指數中篩選出若干敏感指數進行不同競爭水平下的葉片葉綠素含量反演。結果表明，在葉綠素含量反演精度方面，基於BP神經網絡方法的多指數協同反演方法優於單指數擬合法，RMSE降低10.38%；顧及不同競爭比例的多模型反演方法優於不區分種間競爭水平的單模型反演方法，不同競爭比例RMSE降低6.4%至16.3%。總的來說，顧及競爭的多指數協同反演方法精度最高，且在反演結果上與實測值保持良好線性關係，能夠較好糾正單指數模型的高估問題。論文基於PROSPECT模型開展的模擬研究也得到相同結論。
(3) 分析了不同時相、不同競爭水平下兩種物種冠層光譜變化規律，並使用PROSAIL模型生成符合條件的冠層模擬光譜，開展冠層葉綠素含量的反演研究。結果表明，4月下旬至5月上旬是兩種物種及其混合生長區在光譜上最易於區分的時相，與兩者物候特點及其混合生長時對光照等資源的競爭有關；對冠層葉綠素反演而言，顧及競爭的多指數協同反演方法精度最高，相比於不區分競爭的同種方法，RMSE降幅平均達到53.58%。
(4) 考慮到顧及互花米草與蘆葦的混合競爭有助於提高葉綠素反演精度，論文在區域尺度上，利用國產高分1號遙感影像開展了二者混合生長帶的識別研究。通過選擇合適的時相，並融入物種生境先驗知識，首次實現了互花米草、蘆葦混合生長帶的遙感提取，為濕地遙感分類從純物種分類向「純物種+混合帶」分類提供了經驗。
黃河中上游地區水儲量變化及陸地水負荷形變研究
謝小偉東華理工大學測繪工程學院, 江西 南昌 330013基金項目：國家自然科學基金(41721003；41774011)作者簡介：謝小偉(1988—)，男，2019年6月畢業於武漢大學，獲工學博士學位(指導教師：許才軍授)，研究方向為衛星重力觀測。E-mail：xwxie@ecut.edu.cn
引文格式：謝小偉. 黃河中上游地區水儲量變化及陸地水負荷形變研究[J]. 測繪學報，2022，51(12)：2560-2560. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20210178
XIE Xiaowei. Research on water storage change and hydrological loading deformation in the middle and upper reaches of the Yellow River[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(12): 2560-2560. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20210178
：http://xb.chinasmp.com/article/2022/1001-1595/20221220.htm
隨著經濟發展以及城鎮化速度加快，人類對水資源的開發利用也迅速增加，從時空上掌握水資源的變化不僅可以為水資源管理決策提供數據支撐，還可以用於研究地球表面水負荷相關的科學問題。論文以GRACE衛星重力數據為主，結合水文模型數據、氣象數據、水文地質數據及其他輔助數據，研究了黃河中上游地區具有不同空間尺度的黃土高原和湟水流域兩個區域內的水儲量變化，並在此基礎上，聯合GPS數據分析了湟水流域內陸地水遷移引起的負荷形變。主要研究內容和成果如下：(1) 考慮到論文研究區域內水文模型與GRACE數據相關性較差，不適合作為先驗信息來計算尺度因子以對濾波後的GRACE信號進行恢復，論文提出了利用GRACE重力場球諧係數的局部正交化結果(Slepian解)替換水文模型計算尺度因子的方法。Slepian解不需要額外的濾波和平滑處理，泄露誤差較少且不存在解析度損失，同時Slepian解與球諧解和Mascon解的具有較好的一致性，因此可以作為先驗信息來計算尺度因子。(2) 論文基於GRACE Mascon解反演得到的水儲量變化結果，分析了黃土高原2005—2014年的水儲量時空變化和影響因素。結果表明：①黃土高原的陸地水、地表水以及地下水的儲量變化都表現出明顯的季節性，在夏季和秋季表現為上升，而在冬季和春季表現為下降；②扣除採煤引起的質量遷移後，黃土高原的地表水、陸地水以及地下水在2005—2014這10年間的年變化趨勢分別為：0.13±0.09 cm/a、-0.51±0.09 cm/a及-0.65±0.07 cm/a，其中地表水儲量表現為略微上升，而地下水儲量卻呈現出較為嚴重消耗，尤其是在山西省及其周邊區域更為嚴重；③降水是引起黃土高原水儲量季節性變化的原因，並且是水儲量補充的重要來源，但並不是黃土高原地下水的嚴重消耗的原因，黃土高原的地下水嚴重消耗多是由人為活動所導致，特別是山西省及其周邊地區的地下水異常消耗是由大量的煤炭開採所導致。(3) 論文基於神經網絡方法，建立了有較高解析度的水文地質、氣象數據與GRACE數據之間的經驗模型，進而獲取了湟水流域較高解析度的水儲量變化，並結合地面水井觀測數據進行了驗證。結果分析表明：①神經網絡模擬得到的水儲量變化與地面水井觀測得到的結果具有較好的一致性，變化趨勢也較為接近；②湟水流域內的陸地水儲量變化呈現出明顯的季節性，在夏季和秋季表現為上升的趨勢，而在春季和冬季呈現出下降的趨勢；③湟水流域在2014—2016年期間的陸地水儲量整體呈下降趨勢，其年變化趨勢約為-0.61±0.32 cm/a；④降水是陸地水呈現出季節性變化的主要原因，年降水充沛時陸地水儲量可以得到有效補充而呈現出上升趨勢；⑤在湟水流域的主要城區及其周邊，水儲量都呈現出下降的趨勢，可見人為活動對湟水流域的水儲量變化也起著不可忽視的作用。(4) 論文對比了湟水流域內GRACE和GPS分別得到的垂向周期性形變，結果發現除了個別站點外，二者的相關係數在0.8以上，最大振幅差異僅為0.4 mm，但相位差異平均在25.9°。較大的相位差異可能是由數據處理誤差、形變響應延時以及兩種數據的時空解析度差異所導致。從去除趨勢項後的GPS垂向形變中扣除GRACE得到的周期性形變後，其WRMS平均減小了33.4%。這些結果可以表明，湟水流域內GRACE與GPS得到垂向形變中的周期信號是由同樣的地球物理過程所導致，這裡包括陸地水及大氣負荷。
初審：張艷玲
覆審：宋啟凡
終審：金 君
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